CN108947582A - 一种具有防涂鸦功能的清水混凝土表面保护剂及其使用方法 - Google Patents

一种具有防涂鸦功能的清水混凝土表面保护剂及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于混凝土保护剂领域，具体公开一种具有防涂鸦功能的清水混凝土表面保护剂及其使用方法，该保护剂由A、B组份组成，其中A组份为氟硅酸盐、水化硅酸钙凝胶粉、纤维素醚、聚羧酸减水剂、聚醚改性硅消泡剂的混合水溶液；所述B组份由改性纳米硅溶胶与固化剂组成。本发明制备的具有防涂鸦功能的清水混凝土保护剂，它不仅能够满足对清水混凝土保护剂的常规要求，还具有良好的防涂鸦功能；处理后形成的防涂鸦层对于清水混凝土内外部不利因子的破坏性影响抵抗力更强、耐久性更好，防涂鸦层在清水混凝土表面附着力强、不易被破坏、不易鼓泡。

Description

一种具有防涂鸦功能的清水混凝土表面保护剂及其使用方法
技术领域
本发明属于混凝土保护剂领域，具体公开一种具有防涂鸦功能的清水混凝土表面保护剂及其使用方法。
背景技术
清水混凝土表面保护剂是一种涂装于清水混凝土表面，为裸露的清水混凝土提供防护，保持清水混凝土效果、延长清水混凝土耐久性甚至改善清水混凝土工作性能的一类材料，已获得了较为广泛的研究；其防护作用具体表现为：减少或避免硫酸盐侵蚀、碳化、氯离子渗透等对清水混凝土的损伤，增强清水混凝土承受温度变化、流水冲刷、干湿交替、冻融循环的能力，提高清水混凝土表面的抗冲击性、耐磨性以及观赏性等。在现有的研究中，主要的研究方向多集中在清水混凝土表面保护剂的开发、保护剂对清水混凝土常规工作性能的影响、保护剂作用机理、保护剂施工工艺等方面；然而，一些特殊使用环境要求混凝土在经保护剂处理后还必须具备一些非常规工作性能，如防涂鸦性能等，现有研究中针对这类非常规工作性能的研究较少甚至空白。涂鸦属于全球性问题，恶意涂鸦造成的损失越来越受到人们的关注，不仅影响市容及景观，而且清除涂鸦需要的费用巨大。目前的清水混凝土表面保护剂主要有四类：聚氨酯类、丙烯酸类、有机硅类、氟碳类，其中又以有机硅类和氟碳类为两大主流的清水混凝土保护剂体系，这四类保护剂体系均兼具一定的防涂鸦功能，但其保护剂技术中却都没有针对混凝土表面防涂鸦功能的专门设计。因此，本发明提出制备一种具有防涂鸦功能的清水混凝土表面保护剂，以防涂鸦功能作为技术设计的主要目标，同时兼顾清水混凝土的耐久性和观赏性要求，为具有防涂鸦要求的清水混凝土表面的防护处理提供一种技术解决方案。
发明内容
为克服清水混凝土保护剂现有技术设计中缺乏防涂鸦功能设计的问题，改善现有清水混凝土保护剂的防涂鸦等性能，本发明提供一种具有防涂鸦功能的清水混凝土表面保护剂及其使用方法。
本发明的思路如下：
清水混凝土表面具有防涂鸦功能则要求清水混凝土表面具有防止涂鸦物分子渗透入清水混凝土基层的作用。然而，未经处理的清水混凝土表面分布有大量的微孔，并不具备防涂鸦功能。因此，在采用保护剂对清水混凝土表面进行处理时，要使处理后的清水混凝土表面具有良好的防涂鸦功能，就要求保护剂能够完全封闭清水混凝土表面的微孔，并形成一层涂鸦物分子无法渗透的紧紧附着在清水混凝土表面的薄膜，同时要求这一层薄膜具有极好的耐久性。所谓耐久性，包括三个方面：薄膜材料自身的抗老化等性能、薄膜抵抗清水混凝土外部因子(冲击、磨损、腐蚀等)影响的性能、以及抵抗清水混凝土内部因子(返碱、水分对外扩散等)影响的性能。
因此，本发明从两个方面来实现发明目的：一方面是防涂鸦选材，一方面是涂装方式；其中，防涂鸦材料又分为辅材和主材，涂装方式为先涂装辅材再涂装主材，利用无机渗透结晶原理，选用活性硅酸盐等无机材料作为防涂鸦材料辅材对混凝土表面微孔做基础填充密封，然后再利用低表面能的纳米复合层作为防涂鸦材料主材对混凝土表面做进一步填充密封并成膜；相比仅利用有机体系的防涂鸦材料进行填充密封，本发明采用辅材与主材结合的方式，使经过处理后的混凝土表面微孔中含有大量C-S-H凝胶、AFt等无机晶体物质，从而使混凝土表面具有更高的硬度和稳定性，可增强混凝土表面防涂鸦层抵抗混凝土内外部因子(外部冲击、磨损、返碱等)影响的能力，同时可改善防涂鸦材料主材在混凝土表面的附着力与成膜质量。上述低表面能的纳米复合层由正硅酸四乙酯、3-缩水甘油基氧基丙基三甲氧基硅烷、全氟癸基三乙氧基硅烷、纳米硅溶胶等制备的纳米硅溶胶经常温固化即可制备得到，具有良好的热稳定性、耐腐蚀性、附着力和使用寿命，以及极低的表面能。
本发明的技术方案如下：
一种具有防涂鸦功能的清水混凝土表面保护剂，由A、B两个组份组成：
其中，所述A组份为氟硅酸盐、水化硅酸钙凝胶粉(C-S-H凝胶)、纤维素醚、聚羧酸减水剂、聚醚改性硅消泡剂的混合水溶液。
所述的氟硅酸盐选自氟硅酸钠或氟硅酸镁的一种或两种。
作为优选，A组分的配方是氟硅酸钠20～30份、水化硅酸钙凝胶粉1～3份、纤维素醚0.01～0.1份、聚羧酸减水剂0.1～1.9份、聚醚改性硅消泡剂0.05～0.5份、水64.5～78.84份，以质量份数计。
作为优选，A组分的配方是氟硅酸钠15～20份、氟硅酸镁5～10份、水化硅酸钙凝胶粉1～3份、纤维素醚0.01～0.1份、聚羧酸减水剂0.1～1.9份、聚醚改性硅消泡剂0.05～0.5、水64.5～78.84份，以质量份数计。
所述B组分由改性纳米硅溶胶与固化剂组成。
作为优选，所述B组分由改性纳米硅溶胶与固化剂混合配制，配制质量比例按照6:1、5.5:1、5:1中的一种进行。
其中，改性纳米硅溶胶由正硅酸四乙酯(分析纯)、3-缩水甘油基氧基丙基三甲氧基硅烷(分析纯)、全氟癸基三乙氧基硅烷(分析纯)、纳米硅溶胶(闻敬化工GM50，质量分数50％，工业级)、醋酸(分析纯)、无水乙醇(工业级)、蒸馏水制备得到。
上述配方物质中，正硅酸四乙酯25～30份、3-缩水甘油基氧基丙基三甲氧基硅烷8～10份、全氟癸基三乙氧基硅烷2～2.5份、纳米硅溶胶13～17份、无水乙醇30～35份、醋酸0.5～0.7份、蒸馏水4.8～21.5份，以质量份数计。
改性纳米硅溶胶的制备过程为：按照上述质量份数组分，称取无水乙醇放置于烧杯中，开始搅拌，边搅拌边依次加入正硅酸四乙酯、3－缩水甘油基氧基丙基三甲氧基硅烷、全氟癸基三乙氧基硅烷，待加料结束并搅拌充分后，开始加入蒸馏水和醋酸，将整个反应过程的温度控制为40～45℃，继续搅拌3h后缓慢加入纳米硅溶胶，继续搅拌3.5h后，即可得到改性纳米硅溶胶。
固化剂由1，3-环己二甲胺和N-氨乙基哌嗪按一定质量比混合制得，其中1，3-环己二甲胺40～60份、N-氨乙基哌嗪40～60份，以质量份数计。
一种具有防涂鸦功能的清水混凝土表面保护剂的使用方法，包括以下步骤：
按照A、B的顺序，依次涂装在已经做好杂物清除的清水混凝土表面；首先利用A组分进行涂装，均匀涂装2次，2次涂装间隔时间不小于30min、不大于60min；A组份涂装结束经24h后，开始涂装B组份，均匀涂装1次；以上每次涂装均需确保用料充足并被充分吸收。
该清水混凝土表面保护剂使用时，按照A、B的顺序，依次涂刷在清水混凝土的表面；A组份向清水混凝土面表面微孔中补充硅酸根离子和C-S-H晶种，主要促进清水混凝土表面微孔中不溶性C-S-H凝胶的生成，对清水混凝土表面微孔做基础填充或密封，这有利于提高清水混凝土表面防涂鸦层抵抗混凝土内外部不利因子的破坏性影响，为B组份持久有效地发挥防涂鸦功能具有重要的辅助和保护作用，是清水混凝土表面防涂鸦层的重要组成部分。B组份由改性纳米硅溶胶和固化剂构成，使用时改性纳米硅溶胶与固化剂按一定比例混合后，涂装在混凝土表面，固化后形成一层纳米复合层；该纳米复合层具有极低的表面能，良好的热稳定性、耐腐蚀性、附着力和使用寿命。本发明根据防涂鸦的基本原理，以及清水混凝土表面保护剂的基本要求，通过对A、B组份的选材控制、配制工艺控制及使用方法控制，将防涂鸦功能设计融入清水混凝土保护剂中，制备了一种具有防涂鸦功能的清水混凝土保护剂，它不仅能够满足对清水混凝土保护剂的常规要求，还具有良好的防涂鸦功能；所谓良好的防涂鸦功能，体现在经本发明处理后的清水混凝土表面能极低，涂鸦物分子难以渗透，而且处理后形成的防涂鸦层对于清水混凝土内外部不利因子的破坏性影响抵抗力更强、耐久性更好，防涂鸦层在清水混凝土表面附着力强、不易被破坏、不易鼓泡。
本发明的有益效果是：本发明根据防涂鸦的基本原理，以及清水混凝土表面保护剂的基本要求，通过对A、B组份的选材控制、配制工艺控制及使用方法控制，将防涂鸦功能设计融入清水混凝土保护剂中，制备了一种具有防涂鸦功能的清水混凝土保护剂，它不仅能够满足对清水混凝土保护剂的常规要求，还具有良好的防涂鸦功能；所谓良好的防涂鸦功能，体现在经本发明处理后的清水混凝土表面能极低，涂鸦物分子难以渗透，而且处理后形成的防涂鸦层对于清水混凝土内外部不利因子的破坏性影响抵抗力更强、耐久性更好，防涂鸦层在清水混凝土表面附着力强、不易被破坏、不易鼓泡。
具体实施方式：
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不限定于本发明。
实施例1：
一种具有防涂鸦功能的清水混凝土表面保护剂，由A、B两个组分组成。
其中，A组份的配制：氟硅酸钠25份、水化硅酸钙凝胶粉(C-S-H凝胶)3份、纤维素醚(美国赫克力士MHPC400)0.02份、聚羧酸减水剂(瑞士西卡ViscoCrete 20HE)1份、聚醚改性硅消泡剂(德丰DF-661)0.5份、水70.48份，以质量份数计，将上述物质混合均匀配置成水溶液；
B组份的配制：B组份由改性纳米硅溶胶和固化剂按照质量比例6:1均匀混合而成。
改性纳米硅溶胶的配制：称取35份无水乙醇放置于烧杯中，开始搅拌，边搅拌边依次加入25份正硅酸四乙酯、8份3-缩水甘油基氧基丙基三甲氧基硅烷、2.0份全氟癸基三乙氧基硅烷，待加料结束并搅拌充分后，开始加入14.4份蒸馏水和0.6份醋酸，继续搅拌3h后缓慢加入15份纳米硅溶胶，继续搅拌3.5h后即可得到改性纳米硅溶胶，将整个反应过程的温度控制为40～45℃。
固化剂的配制：1，3-环己二甲胺55份、N-氨乙基哌嗪45份，均匀混合，以质量份数计。
上述清水混凝土表面保护剂的使用方法如下：按照A、B的顺序，依次涂装在已经做好杂物清除的清水混凝土表面；首先利用A组分进行涂装，均匀涂装2次，2次涂装间隔时间不小于30min、不大于60min；A组份涂装结束经24h后，开始涂装B组份，均匀涂装1次；以上每次涂装均需确保用料充足并被充分吸收。
实施例2：
一种具有防涂鸦功能的清水混凝土表面保护剂，由A、B两个组分构成。
其中，A组份的配制：氟硅酸钠15份、氟硅酸镁10份、水化硅酸钙凝胶粉3份、纤维素醚(美国赫克力士MHPC400)0.02份、聚羧酸减水剂(瑞士西卡ViscoCrete 20HE)1份、聚醚改性硅消泡剂(德丰DF-661)0.5份、水70.48份，混合水溶液，以质量份数计。
B组份的配制：B组份由改性纳米硅溶胶和固化剂按照质量比例6:1均匀混合而成。
改性纳米硅溶胶的配制：称取35份无水乙醇放置于烧杯中，开始搅拌，边搅拌边依次加入25份正硅酸四乙酯、8份3-缩水甘油基氧基丙基三甲氧基硅烷、2.0份全氟癸基三乙氧基硅烷，待加料结束并搅拌充分后，开始加入14.4份蒸馏水和0.6份醋酸，继续搅拌3h后缓慢加入15份纳米硅溶胶，继续搅拌3.5h后即可得到改性纳米硅溶胶，将整个反应过程的温度控制为40～45℃。
固化剂的配制：1，3-环己二甲胺55份、N-氨乙基哌嗪45份，均匀混合，以质量份数计。
上述清水混凝土表面保护剂的使用方法如下：按照A、B的顺序，依次涂装在已经做好杂物清除的清水混凝土表面；首先利用A组分进行涂装，均匀涂装2次，2次涂装间隔时间不小于30min、不大于60min；A组份涂装结束经24h后，开始涂装B组份，均匀涂装1次；以上每次涂装均需确保用料充足并被充分吸收。
实施例3：
一种具有防涂鸦功能的清水混凝土表面保护剂，由A、B两个组分构成。
其中，A组份的配制：氟硅酸钠25份、水化硅酸钙凝胶粉3份、纤维素醚(美国赫克力士MHPC400)0.02份、聚羧酸减水剂(瑞士西卡ViscoCrete 20HE)1份、聚醚改性硅消泡剂(德丰DF-661)0.5份、水70.48份，混合水溶液，以质量份数计。
B组份的配制：B组份由改性纳米硅溶胶和固化剂按照质量比例5.5:1均匀混合而成。
改性纳米硅溶胶的配制：称取35份无水乙醇放置于烧杯中，开始搅拌，边搅拌边依次加入25份正硅酸四乙酯、8份3-缩水甘油基氧基丙基三甲氧基硅烷、2.0份全氟癸基三乙氧基硅烷，待加料结束并搅拌充分后，开始加入14.4份蒸馏水和0.6份醋酸，继续搅拌3h后缓慢加入15份纳米硅溶胶，继续搅拌3.5h后即可得到改性纳米硅溶胶，将整个反应过程的温度控制为40～45℃。
固化剂的配制：1，3-环己二甲胺55份、N-氨乙基哌嗪45份，均匀混合，以质量份数计。
上述清水混凝土表面保护剂的使用方法如下：按照A、B的顺序，依次涂装在已经做好杂物清除的清水混凝土表面；首先利用A组分进行涂装，均匀涂装2次，2次涂装间隔时间不小于30min、不大于60min；A组份涂装结束经24h后，开始涂装B组份，均匀涂装1次；以上每次涂装均需确保用料充足并被充分吸收。
实施例4：
一种具有防涂鸦功能的清水混凝土表面保护剂，由A、B两个组分构成。
其中，A组份的配制：氟硅酸钠25份、水化硅酸钙凝胶粉3份、纤维素醚(美国赫克力士MHPC400)0.02份、聚羧酸减水剂(瑞士西卡ViscoCrete 20HE)1份、聚醚改性硅消泡剂(德丰DF-661)0.5份、水70.48份，混合水溶液，以质量份数计。
B组份的配制：B组份由改性纳米硅溶胶和固化剂按照质量比例6:1均匀混合而成。
改性纳米硅溶胶的配制：称取35份无水乙醇放置于烧杯中，开始搅拌，边搅拌边依次加入28份正硅酸四乙酯、8份3-缩水甘油基氧基丙基三甲氧基硅烷、2.0份全氟癸基三乙氧基硅烷，待加料结束并搅拌充分后，开始加入11.4份蒸馏水和0.6份醋酸，继续搅拌3h后缓慢加入15份纳米硅溶胶，继续搅拌3.5h后即可得到改性纳米硅溶胶，将整个反应过程的温度控制为40～45℃。
固化剂的配制：1，3-环己二甲胺55份、N-氨乙基哌嗪45份，均匀混合，以质量份数计。
上述清水混凝土表面保护剂的使用方法如下：按照A、B的顺序，依次涂装在已经做好杂物清除的清水混凝土表面；首先利用A组分进行涂装，均匀涂装2次，2次涂装间隔时间不小于30min、不大于60min；A组份涂装结束经24h后，开始涂装B组份，均匀涂装1次；以上每次涂装均需确保用料充足并被充分吸收。
实施例5：
一种具有防涂鸦功能的清水混凝土表面保护剂，由A、B两个组分构成。
其中，A组份的配制：氟硅酸钠25份、水化硅酸钙凝胶粉3份、纤维素醚(美国赫克力士MHPC400)0.02份、聚羧酸减水剂(瑞士西卡ViscoCrete 20HE)1份、聚醚改性硅消泡剂(德丰DF-661)0.5份、水70.48份，混合水溶液，以质量份数计。
B组份的配制：B组份由改性纳米硅溶胶和固化剂按照质量比例6:1均匀混合而成。
改性纳米硅溶胶的配制：称取35份无水乙醇放置于烧杯中，开始搅拌，边搅拌边依次加入28份正硅酸四乙酯、8份3-缩水甘油基氧基丙基三甲氧基硅烷、2.0份全氟癸基三乙氧基硅烷，待加料结束并搅拌充分后，开始加入11.4份蒸馏水和0.6份醋酸，继续搅拌3h后缓慢加入15份纳米硅溶胶，继续搅拌3.5h后即可得到改性纳米硅溶胶，将整个反应过程的温度控制为40～45℃。
固化剂的配制：1，3-环己二甲胺50份、N-氨乙基哌嗪50份，均匀混合，以质量份数计。
上述清水混凝土表面保护剂的使用方法如下：按照A、B的顺序，依次涂装在已经做好杂物清除的清水混凝土表面；首先利用A组分进行涂装，均匀涂装2次，2次涂装间隔时间不小于30min、不大于60min；A组份涂装结束经24h后，开始涂装B组份，均匀涂装1次；以上每次涂装均需确保用料充足并被充分吸收。
目前的清水混凝土表面保护剂主要有四类：聚氨酯类、丙烯酸类、有机硅类、氟碳类，相比聚氨酯类、丙烯酸类，有机硅类和氟碳类清水混凝土表面保护剂更有利于提高清水混凝土的耐久性，其中就防涂鸦效果而言，又以氟碳类的清水混凝土保护剂的防涂鸦效果最佳。因此，选择现有的氟碳类清水混凝土保护剂与本发明的实施例1～5进行防涂鸦等性能的对比。通过测量涂层表面自由能，来表征清水混凝土保护剂的防涂鸦性能；通过比较涂膜硬度、涂膜耐冲击性、涂膜柔韧性、涂膜附着力、涂膜耐水性、涂膜耐醇性，来综合表征清水混凝土保护剂的耐久性。相同测试条件下，得到如下结果：
由上述试验数据可知，相比以聚三氟氯乙烯为主要成分的氟碳型清水混凝土保护剂，本发明的实施例1-5具有更低的表面自由能、更高的涂膜硬度、更强的耐冲击性和附着性、更好的耐水性和耐醇性，这表明本发明的实施例在防涂鸦性能和耐久性方面表现更优。

Claims (10)

1.一种具有防涂鸦功能的清水混凝土表面保护剂，其特征在于：由A、B两个组份组成，其中，所述A组份为氟硅酸盐、水化硅酸钙凝胶粉、纤维素醚、聚羧酸减水剂、聚醚改性硅消泡剂的混合水溶液；所述B组份由改性纳米硅溶胶与固化剂组成。
2.根据权利要求1所述的一种具有防涂鸦功能的清水混凝土表面保护剂，其特征在于：所述的氟硅酸盐选自氟硅酸钠或氟硅酸镁的一种或两种。
3.根据权利要求1或2所述的一种具有防涂鸦功能的清水混凝土表面保护剂，其特征在于：所述的A组分的配方是氟硅酸钠20～30份、水化硅酸钙凝胶粉1～3份、纤维素醚0.01～0.1份、聚羧酸减水剂0.1～1.9份、聚醚改性硅消泡剂0.05～0.5份、水64.5～78.84份，以质量份数计。
4.根据权利要求1或2所述的一种具有防涂鸦功能的清水混凝土表面保护剂，其特征在于：所述的A组分的配方是氟硅酸钠15～20份、氟硅酸镁5～10份、水化硅酸钙凝胶粉1～3份、纤维素醚0.01～0.1份、聚羧酸减水剂0.1～1.9份、聚醚改性硅消泡剂0.05～0.5、水64.5～78.84份，以质量份数计。
5.根据权利要求1所述的一种具有防涂鸦功能的清水混凝土表面保护剂，其特征在于：改性纳米硅溶胶由正硅酸四乙酯、3-缩水甘油基氧基丙基三甲氧基硅烷、全氟癸基三乙氧基硅烷、纳米硅溶胶、醋酸、无水乙醇、蒸馏水制备得到。
6.根据权利要求5所述的一种具有防涂鸦功能的清水混凝土表面保护剂，其特征在于：改性纳米硅溶胶由以下物质制备得到：正硅酸四乙酯25～30份、3-缩水甘油基氧基丙基三甲氧基硅烷8～10份、全氟癸基三乙氧基硅烷2～2.5份、纳米硅溶胶13～17份、无水乙醇30～35份、醋酸0.5～0.7份、蒸馏水4.8～21.5份，以质量份数计。
7.根据权利要求5或6所述的一种具有防涂鸦功能的清水混凝土表面保护剂，其特征在于：改性纳米硅溶胶的制备过程为：按照上述质量份数组分，称取无水乙醇放置于烧杯中，开始搅拌，边搅拌边依次加入正硅酸四乙酯、3－缩水甘油基氧基丙基三甲氧基硅烷、全氟癸基三乙氧基硅烷，待加料结束并搅拌充分后，开始加入蒸馏水和醋酸，将整个反应过程的温度控制为40～45℃，继续搅拌3h后缓慢加入纳米硅溶胶，继续搅拌3.5h后，即可得到改性纳米硅溶胶。
8.根据权利要求1所述的一种具有防涂鸦功能的清水混凝土表面保护剂，其特征在于：所述的固化剂由1，3-环己二甲胺和N-氨乙基哌嗪按一定质量比混合制得，其中1，3-环己二甲胺40～60份、N-氨乙基哌嗪40～60份，以质量份数计。
9.根据权利要求1所述的一种具有防涂鸦功能的清水混凝土表面保护剂，其特征在于：改性纳米硅溶胶与固化剂的质量比例为6:1、5.5:1、5:1中的任意一种。
10.根据权利要求1所述的一种具有防涂鸦功能的清水混凝土表面保护剂，其特征在于：包括以下步骤：按照A、B组分的顺序，依次涂装在已经做好杂物清除的清水混凝土表面；首先利用A组分进行涂装，均匀涂装2次，2次涂装间隔时间不小于30min、不大于60min；A组份涂装结束经24h后，开始涂装B组份，均匀涂装1次；以上每次涂装均需确保用料充足并被充分吸收。
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